Name: Onderzoek naar vroege Plasma Evolution geïnduceerd door ultrakorte laserpulsen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:02:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: Ontdek hoe vroege plasma-evolutie door ultrakorte laserpulsen wordt onderzocht met hoge temporele en ruimtelijke resolutie. Deze methode maakt gedetailleerde beeldvorming van plasmadynamica mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

De auteurs willen dankbaar erkennen de financiële ondersteuning voor dit onderzoek door de National Science Foundation (Grant No: CMMI-0653578, cbet-0853890).

1. Optical System Setup (fig. 1) <ol><li> Stel een halve golf plaat en een polarisator na de laserstraal de laser pulsenergie passen. </li><li> Het opzetten van een beam splitter na de polarisator aan de laserpuls te splitsen tot twee pulsen: pomppuls en probe-puls. </li><li> Gebruik vier reflecterende spiegels en een handleiding translationeel podium om een ​​optische vertraging apparaat te maken voor de pomp pols. </li><li> Gebruik nog eens vier reflecterende spiegels om de pomp puls te begeleiden naar het doeloppervlak verticaal te bereiken. </li><li> Stel een tweede harmonische generator (SHG) de laserimpuls golflengte transformeren van 800 nm tot 400 nm. </li><li> Gebruik een harmonische separator om het 800-nm puls zenden en de 400-nm puls te geven. </li><li> Stel een balk verloopstuk en een paar objectieven focaal de grootte en de convergentie van de probe puls passen. </li><li> Stel andere optische vertragingsinrichting, zoals in stap 1,3, de probe puls. </li><li> Gebruik een Iris ring om het gebied van de aan te passenprobe-puls en zorg ervoor dat de sonde puls horizontaal langs het doel oppervlak en kruisen met de pomp pols. </li><li> Set twee objectieven en diverse filters om het beeld van de plasma-regio te worden opgevangen door de geïntensiveerde charge-coupled device (ICCD) camera te genereren. </li><li> Sluit de computer, de laser, de ICCD camera en de besturing met behulp van BNC kabels of USB-kabels. </li><li> Stel de vertragingstijd van de camera-controller tot en met de camera een beeld van de sonde pols legt. Zo worden de probe puls en de camera gesynchroniseerd. </li></ol> 2. Pump-probe Synchronisatie <ol><li> Plaats een bundeldeler op het kruispunt van de pomppuls en probe-puls en stel twee fotodiodes deze twee pulsen ontvangen. Deze twee fotodiodes moeten eenzelfde afstand van de bundeldeler. </li><li> Gebruik een oscilloscoop om de signalen van deze twee fotodiodes ontvangen, en verplaats de vertraging het podium op de pomp pols stralengang tot de probestanden van de pomppuls en de probe puls overlappen elkaar op de oscilloscoop scherm. Een nauwkeurigheid van 20 ps is vanwege bereikt om de temporele resolutie van de oscilloscoop. </li><li> Verwijder de bundeldeler en de twee fotodiodes als vermeld in stap 2.1. </li><li> Stel de vertraging podium op de pomppuls stralengang tot de lucht afbraak regio kan alleen worden waargenomen op de ICCD scherm. De tijd waarin de vorming van lucht verdeling kan in plaats gevonden van een uniforme achtergrond bepaald vertragingstijd nul. </li></ol> 3. Steekproef en Voorbereiding Fase <ol><li> Het opzetten van een lab-aansluiting en twee handmatige lineaire fasen verloopt, zodat het monster bewegen met drie graden van vrijheid. </li><li> Gebruik een meetklok en hoge precisie vulplaten om een ​​hoge vlakheid van de etappes te bereiken. Het hoogteverschil moet binnen 1 pm per een afstand van 25,4 mm. </li><li> Snij een vierkant stuk (30 mm x 30 mm) uit een Cu met een dikte van 0,8 mm met een freesmachine. </li><li> Pools een smalle zijde (30 mm x 0,8 mm) van de Cu stuk tot de oppervlakteruwheid minder dan 0,5 pm. </li><li> Bevestig de Cu stuk op de bovenkant handleiding podium met de gepolijste smalle naar boven. </li><li> Beweeg het doel met een handmatige fase zoals in stap 3.1), terwijl de te monitoren via ICCD camera zodat elke helling kan worden ingesteld door het inbrengen precisie vulplaatjes onder het doel. </li><li> Herhaal stap 3.6 met de andere hand het podium. </li><li> Boor een tiental gaten het doel terwijl variëren de positie van de brandpuntsafstand van een derde hoge nauwkeurigheid hand fase. Het knooppunt plaats correspondeert met de positie van de brandpuntsafstand waar de kleinste gat geboord. </li></ol> 4. Ablation en waardering <ol><li> Beweeg de brandpuntsafstand tot op een afstand van ongeveer 50 pm vanaf het brandpunt. </li><li> Verplaats de vertraging podium op de sonde pols stralengang met een interval van 0,3 mm op de afbeelding om de 2 ps vast te leggen tot 10 ps, ​​ofmet een interval van 3 mm op de afbeelding om de 20 ps vast te leggen tot en met 480 ps. </li><li> Herhaal stap 4.2 voor een paar keer voor de herhaalbaarheid en nauwkeurigheid. </li><li> Beweeg de brandpuntsafstand tot een afstand van ongeveer 50 pm afstand van het middelpunt, en herhaal stap 4.3. </li></ol> 5. Representatieve resultaten De gemeten röntgenfoto&#39;s worden in Fig. 2 Fig. 3 voor het brandpunt iets boven en onder het doeloppervlak respectievelijk. De langs-en radiale expansie posities weergegeven in Fig. 4 en Fig. 5. De longitudinale uitbreidingen van deze twee gevallen in de eerste 100 ps zijn significant verschillend, maar hun lengte-uitbreidingen in de volgende 400 ps en de radiale uitbreidingen zijn vergelijkbaar. Voor het eerste geval de eerste plasma in 100 ps een een-dimensionale groei structuur bestaande uit meerdere lagen. Voor het tweede geval de eerste plAsma heeft een twee-dimensionale expansie structuur die niet erg veel veranderen binnen 100 ps. Het simulatiemodel 12 wordt gebruikt om het mechanisme van vroege ontwikkeling plasma te onderzoeken. Tijd nul is gedefinieerd als de tijd waarin de laserimpuls piek het doeloppervlak bereikt. De gesimuleerde eerste plasma ontwikkeling processen komen goed overeen met de meetresultaten van beide twee gevallen, zoals in Fig. 6 en Fig. 7, respectievelijk. De vorming van de eerste plasma in een ps ook voorspeld voor het eerste geval met de simulatiemodel en Fig. 8. De eerste plasma blijkt een lucht verdeling regio en een Cu plasma regio. De lucht afbraak wordt eerst veroorzaakt door multi-foton ionisatie en dan gevolgd door lawine ionisatie. Voor de tweede geval, het brandpunt onder het doeloppervlak en geen aparte lucht verdeling gebied wordt gevormd. In plaats daarvan lucht ionisatie optreedt nabij het Cu plasma voor en wordt veroorzaakt door de impact ionisatie vanwege de vrije elektronen uitgeworpen uit de Cu doel. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig1.jpg" /> Figuur 1. Schematische weergave van de pump-probe röntgenfoto meting. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig2.jpg" /> Figuur 2. Cu plasma expansie in opeenvolgende vertragingstijden met het brandpunt iets boven het oppervlak. Laser golflengte: 800 nm; pulsduur: 100 fs; vermogensdichtheid: 4,2 × 10 14 W / cm 2, doelgroep: Cu. <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig3.jpg" /> Figuur 3. Cu plasma-expansie in opeenvolgende vertragingstijden met het centrale punt iets onder het oppervlak. Laser golflengte: 800 nm; pulsduur: 100 fs; vermogensdichtheid: 4,2 × 10 14 W / cm 2, doelgroep: Cu. &lt;img alt = &quot;Figuur 4&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/4033/4033fig4.jpg&quot; /&gt; Figuur 4. Plasma longitudinale en radiale uitbreiding van functies bij de opeenvolgende vertragingstijden met het brandpunt iets boven het oppervlak. Laser golflengte: 800 nm; pulsduur: 100 fs; vermogensdichtheid: 4,2 × 10 14 W / cm 2, doelgroep: Cu. <img alt="Figuur 5" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig5.jpg" /> Figuur 5. Plasma longitudinale en radiale uitbreiding van functies bij de opeenvolgende vertragingstijden met het centrale punt iets onder het oppervlak. Laser golflengte: 800 nm; pulsduur: 100 fs; vermogensdichtheid: 4,2 × 10 14 W / cm 2, doelgroep: Cu. Figuur 6. Animatie van gemeten en berekende plasma-expansie binnen een vertragingstijd van 70 ps met het brandpunt iets boven het oppervlak. Laser golflengte: 800 nm; pulsduur: 100 fs; vermogensdichtheid: 4,2 × 10 14 </sup&gt; W / cm 2, doelgroep: Cu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie6.avi" target="_blank">Klik hier om de animatie te bekijken</a> . Figuur 7. Animatie van gemeten en berekende plasma-expansie binnen een vertragingstijd van 70 ps met het centrale punt iets onder het oppervlak. Laser golflengte: 800 nm; pulsduur: 100 fs; vermogensdichtheid: 4,2 × 10 14 W / cm 2, doelgroep: Cu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie7.avi" target="_blank">Klik hier om de animatie te bekijken</a> . Figuur 8. Animatie van gemeten en berekende plasma-expansie binnen een vertragingstijd van 1 ps met het brandpunt iets boven het oppervlak. Laser golflengte: 800 nm; pulsduur: 100 fs; vermogensdichtheid: 4,2 × 10 14 W / cm 2, doelgroep:. Cu <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie8.avi" target="_blank">Klik hier om de animatie te bekijken &lt;</a>/ A&gt;.

<ol><li>Garnov, S. V., Malyutin, A. A., Tsarkova, O. G., Konov, V. I., Dausinger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+laser-induced+plasma+diagnostics+with+time-spatial+resolved+shadow+and+interferometric+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Ultrafast laser-induced plasma diagnostics with time-spatial resolved shadow and interferometric techniques.</a> Proc. SPIE. 4637, 31-42 (2002).</li>
<li>Zhang, N., Zhu, X., Yang, J., Wang, X., Wang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-resolved+shadowgraphs+of+material+ejection+in+intense+femtosecond+laser+ablation+of+aluminum%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Time-resolved shadowgraphs of material ejection in intense femtosecond laser ablation of aluminum.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 167602(2007).</li>
<li>Li, J., Wang, X., Chen, Z., Clinite, R., Mao, S. S., Zhu, P., Sheng, Z., Zhang, J., Cao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+electron+beam+imaging+of+femtosecond+laser-induced+plasma+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Ultrafast electron beam imaging of femtosecond laser-induced plasma dynamics.</a> J. Appl. Phys. 107, 083305(2010).</li>
<li>Veysman, M. E., Agranat, M. B., Andreev, N. E., Ashitkov, S. I., Fortov, V. E., Khishchenko, K. V., Kostenko, O. F., Levashov, P. R., Ovchinnikov, A. V., Sitnikov, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+optical+diagnostics+and+hydrodynamic+simulation+of+Ag+plasma+created+by+laser+irradiation+of+a+solid+target%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+B%22%5BJournal%5D)">Femtosecond optical diagnostics and hydrodynamic simulation of Ag plasma created by laser irradiation of a solid target.</a> J. Phys. B. 41, 125704(2008).</li>
<li>Geindre, J. P., Audebert, P., Rousse, A., Falliés, F., Gauthier, J. C., Mysyrowicz, A., Santos, A. D., Hamoniaux, G., Antonetti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-domain+interferometer+for+measuring+the+phase+and+amplitude+of+a+femtosecond+pulse+probing+a+laser-produced+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Frequency-domain interferometer for measuring the phase and amplitude of a femtosecond pulse probing a laser-produced plasma.</a> Opt. Lett. 19, 1997-1999 (1994).</li>
<li>Inogamov, N. A., Anisimov, S. I., Petrov, Y. uV., Khokhlov, V. A., Zhakhovskii, V. V., Nishihara, K., Agranat, M. B., Ashitkov, S. I., Komarov, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+and+experimental+study+of+hydrodynamics+of+metal+target+irradiated+by+ultrashort+laser+pulse%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Theoretical and experimental study of hydrodynamics of metal target irradiated by ultrashort laser pulse.</a> Proc. SPIE. 7005, 70052F.1-70052F.10 (2008).</li>
<li>Flacco, A., Guemnie-Tafo, A., Nuter, R., Veltcheva, M., Batani, D., Lefebvre, E., Malka, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+a+controlled+plasma+expansion+in+vacuum+for+laser+driven+ion+acceleration%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Characterization of a controlled plasma expansion in vacuum for laser driven ion acceleration.</a> J. Appl. Phys. 104, 103304.1-103304.5 (2008).</li>
<li>Mao, S. S., Mao, X., Greif, R., Russo, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+of+a+picosecond+laser+ablation+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Simulation of a picosecond laser ablation plasma.</a> Appl. Phys. Lett. 76, 3370-3372 (2000).</li>
<li>Chen, Z., Mao, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+laser-induced+electronic+plasma+at+metal+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Femtosecond laser-induced electronic plasma at metal surface.</a> Appl. Phys. Lett. 93, 051506.1-051506.3 (2008).</li>
<li>Kononenko, T. V., Konov, V. I., Garnov, S. V., Danielius, R., Piskarskas, A., Tamoshauskas, G., Dausinger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+study+of+the+ablation+of+materials+by+femtosecond+and+pico-+or+nanosecond+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Quantum+Electron%22%5BJournal%5D)">Comparative study of the ablation of materials by femtosecond and pico- or nanosecond laser pulses.</a> Quantum Electron. 29, 724-728 (1999).</li>
<li>Dausinger, F., Hügel, H., Konov, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-machining+with+ultrashort+laser+pulses%3A+From+basic+understanding+to+technical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Micro-machining with ultrashort laser pulses: From basic understanding to technical applications.</a> Proc. SPIE. 5147, 106-115 (2003).</li>
<li>Hu, W., Shin, Y. C., King, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early-stage+plasma+dynamics+with+air+ionization+during+ultrashort+laser+ablation+of+metal%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Early-stage plasma dynamics with air ionization during ultrashort laser ablation of metal.</a> Phys. of Plasmas. 18, 093302.1-093302.12 (2011).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

De meting en simulatie methoden die in dit document kan nauwkeuriger onderzoek van het begin van de plasma-dynamiek en een beter begrip van de ionisatie-mechanismen voor zowel lucht-en Cu. Hoge kwaliteit plasma structuren die worden gevangen met een temporele resolutie van 1 ps en een ruimtelijke resolutie van 1 micrometer. Deze meting heeft een hoge herhaalbaarheid ook. De kritische procedure is het gericht kan zeer goed en een trefvlak te bereiden met een hoge vlakheid en een lage ruwheid. Deze benadering kan worden toegepast op andere doelstelling materialen en verschillende laser parameters. De enige beperking van de pump-probe röntgenfoto methode is een te laag aantal elektronen dichtheid variatie.

<table border="1"><tbody><tr><td> Benaming van het apparaat </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td></tr><tr><td> Laser </td><td> Spectra-Physics </td><td> SPTF-100F-1K-1P </td></tr><tr><td> ICCD camera </td><td> Princeton Instruments </td><td> 7467-0028 </td></tr><tr><td> Oscilloscoop </td><td> Rigol </td><td> DS1302CA </td></tr><tr><td> Fotodiode </td><td> Newport </td><td> 818-BB30 </td></tr><tr><td> Lineaire fase </td><td> Newport </td><td> 433 </td></tr><tr><td> Kies indicator </td><td> Mitutoyo </td><td> ID-C112E </td></tr></tbody></table>

onderzoek naar vroege plasma evolution geïnduceerd door ultrakorte laserpulsen

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Vroege plasma wordt gegenereerd door de hoge intensiteit laser bestraling van target en de daarop volgende doelwit materiaal ionisatie. De dynamiek speelt een belangrijke rol in de laser-materiaal interactie, in het bijzonder in de lucht omgeving 1-11. Vroege plasma evolutie is overgenomen door pump-probe shadowgraphy 1-3 en interferometrie 1,4-7. Echter, de bestudeerde termijnen en toegepast laser parameterreeksen beperkt. Bijvoorbeeld, de directe onderzoek van plasma voor locaties en elektron aantal dichtheden binnen een vertragingstijd van 100 picoseconde (ps) met betrekking tot de laserpuls piek zijn nog steeds erg weinig, vooral voor de ultrakorte puls met een duur rond de 100 femtoseconde (fs) en een lage vermogensdichtheid rond 10 14 W / cm 2. Vroege plasma opgewekt in deze omstandigheden pas onlangs is gevangen met een hoge ruimtelijke en temporele resoluties 12. De gedetailleerde setup strategie enprocedures van deze grote nauwkeurigheid gemeten worden toegelicht in dit document. De ratio van de meting is optische pomp-probe shadowgraphy: een ultrakorte laserpuls gesplitst een pomppuls en probe puls, terwijl de tijd tussen hen kan worden aangepast door de bundel weglengte. De pomppuls ablates het doel en genereert de eerste plasma en de sonde puls voortplant door het plasma gebied en detecteert de niet uniformiteit van elektronen aantal dichtheid. Bovendien worden animaties gegenereerd met de berekende resultaten van het simulatiemodel van Ref. 12 van de plasma vorming en ontwikkeling illustreren met een zeer hoge resolutie (0,04 ~ 1 ps). Zowel de experimentele methode en simulatiemethode kan worden toegepast op een groot aantal tijdframes en laser parameters. Deze methoden kunnen worden gebruikt om de eerste plasma gegenereerd niet alleen metalen, maar ook van halfgeleiders en isolatoren onderzoeken.

Een experimentele methode om het begin van de plasma-evolutie veroorzaakt door ultrakorte laserpulsen te onderzoeken beschreven. Met behulp van deze methode worden de beelden van hoge kwaliteit van de vroege plasma verkregen met een hoge ruimtelijke en temporele resoluties. Een nieuwe geïntegreerde atomistisch model wordt gebruikt om te simuleren en uit te leggen de mechanismen van de vroege plasma.

Onderzoek naar vroege Plasma Evolution geïnduceerd door ultrakorte laserpulsen

Vroeg plasma wordt gegenereerd door laserbestraling van het target met een hoge intensiteit en de daaropvolgende ionisatie van het targetmateriaal. De dynamiek hiervan speelt een ...

Het doel van dit experiment is om de vroege plasma-evolutie veroorzaakt door ultrakorte laserpulsen te onderzoeken met een hoge temporele en spatiale resolutie. Dit wordt bereikt door een optisch systeem op te stellen waarin één ultrakorte laserpuls wordt gesplitst in een pomppuls en een probepuls. Als tweede stap.De pompimpuls en de probe-impuls zijn gesynchroniseerd, wat het nulpunt voor de vertragingstijd van het optische vertragingsapparaat bepaalt. Vervolgens worden het monster en de tafel voorbereid om een hoge vlakheid van het monsteroppervlak te bereiken en om het monsteroppervlak parallel aan de probe-impuls te maken. Daarna wordt er ablatie uitgevoerd met de brandpunten net boven en net onder het doelwit.De pomppuls ablateert het doelwit en genereert het vroege plasma, terwijl de probe-puls door de plasmaregio propageert en de niet-uniformiteit van de elektronentaldichtheid detecteert. Uiteindelijk laten de resultaten plasmauitzetting zien bij opeenvolgende vertragingstijden op basis van het gemeten schaduwbeeld. Animaties worden ook gegenereerd met behulp van de berekende resultaten om de plasmavorming en -evolutie met een zeer hoge resolutie te illustreren.Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het vakgebied van Outshot-pulsen, zoals het effect van de positie van het brandpunt en de vroege plasma-evolutie op laserablatie. De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de ontwikkeling en het effectieve gebruik van ultrakorte pulsen, omdat men kan bepalen hoeveel energie door het vroege plasma wordt geabsorbeerd tijdens de ultrakorte laserduur en hoe dit kan worden gebruikt voor de versterking van het plasmaveld voor diverse diagnostische toepassingen en materiaalbewerking. De optische opstelling voor pump-probe- en shadowgraphy-metingen is voorzien van een halve-golfplaat en een polarisator na de laseruitgang om de energie van de laserpuls aan te passen.Een straalsplitser na de polarisator splitst de laserpuls in twee pulsen: een pomppuls en een probepuls. Vier reflectiespiegels en een handmatige translatiepodium worden gebruikt om een optisch vertragingsapparaat voor de pomppuls te construeren. Nog eens vier reflectiespiegels geleiden de pomppuls zodat deze het doeloppervlak verticaal bereikt.Een tweede harmonische generator transformeert de golflengte van de laserpuls van 800 nanometer naar 400 nanometer. Vervolgens laat een harmonische scheider de puls van 800 nanometer door en reflecteert de puls van 400 nanometer. Daarna volgt een bundelreducer.Een ander optisch vertragingsapparaat voor de probe-puls. De puls wordt opgebouwd met vier reflecterende spiegels en een paar brandpuntslenzen die de grootte en convergentie van de probe-puls aanpassen. Een irisring reguleert het oppervlak van de probe-puls en zorgt ervoor dat de probe-puls horizontaal over het doeloppervlak gaat en de pomp-puls kruist nabij de objectieflenzen en diverse filters om het beeld van de plasmaregio te genereren, dat wordt opgevangen door de intensified charged coupled device-camera.Ten slotte worden de computer, de laser, de ICCD-camera en de controller ervan verbonden met BNC-kabels of USB-kabels; pas de vertragingstijd van de cameracontroller aan totdat de camera een beeld van de probe-puls vastlegt. De effectieve synchronisatie van de probe-puls en de pomp-probe-synchronisatie van de camera wordt uitgevoerd door een bundelsplitser op het kruispunt van de pomp-puls en de probe-puls, waarbij twee fotodiodes de twee pulsen ontvangen. Deze twee fotodiodes moeten zich op dezelfde afstand van de bundelsplitser bevinden.Vervolgens wordt de straalsplitser verwijderd en wordt een oscilloscoop gebruikt om de signalen van deze twee fotodiodes te ontvangen. Verplaats de vertragingsstage in het pad van de pomppulsstroom totdat de profielen van de pomppuls en de probepuls elkaar overlappen op het scherm van de oscilloscoop. Er wordt een nauwkeurigheid van 20 picoseconds bereikt, conform de temporele resolutie van de oscilloscoop na synchronisatie.Verwijder de twee fotodiodes. Stel de vertragingsstage in het pad van de pompulsstraal zo in dat de regio van luchtdoorbraak net zichtbaar is op het ICCD-scherm. Het tijdstip waarop de vorming van luchtdoorbraak kan worden gedetecteerd in plaats van een uniforme achtergrond, wordt vastgesteld als vertragingstijd nul.Een cruciaal onderdeel van deze techniek is om ervoor te zorgen dat het target geen enkel deel van het plasma-beeld blokkeert. Dit kan worden bereikt door het monster en de objecttafel zodanig voor te bereiden dat het bovenoppervlak van het monster een hoge vlakheid vertoont en parallel loopt aan de passage van de probe. Begin de voorbereiding van de objecttafel met het opstellen van een labkrik en twee handmatige lineaire stages.Verplaats het monster opeenvolgend met drie vrijheidsgraden, een analoge meetklok en precisie-shims. Om een hoge vlakheid van de platforms te bereiken, moet het hoogteverschil tussen 1 µm per afstand van 25,4 mm liggen. Gebruik vervolgens een freesmachine om een monster voor te bereiden door een vierkant stuk uit een koperplaat met een dikte van 0,8 mm te snijden. Gebruik een polijstmachine om een smalle zijde van het koperen stuk te polijsten totdat de oppervlakteruwheid lager is dan 0,5 µm.Bevestig het koperen stuk op de bovenste handmatige tafel met de gepolijste smalle zijde naar boven. Verplaats het doelwit met één handmatige tafel terwijl de positie via de ICCD-camera wordt gemonitord, zodat eventuele kanteling kan worden gecorrigeerd door precisie-SHI's onder het doelwit te plaatsen. Herhaal dit proces met de andere handmatige tafel.Boor tot slot een dozijn gaten in het doelwit, terwijl de positie van de brandpuntslens wordt gevarieerd met een derde handmatige tafel met hoge nauwkeurigheid. De locatie van het brandpunt komt overeen met de positie van de brandpuntslens waarbij het kleinste gat wordt geboord. De feitelijke meting dient in het donker te worden uitgevoerd.Voor de opname is er echter enig licht gebruikt om de ablatie uit te voeren. Verplaats eerst de brandpuntslens naar een afstand van ongeveer 50 microns van het brandpunt. Verplaats vervolgens de vertragingsplateau op het pad van de prop-pulsstraal met een interval van 0,3 millimeters om het beeld vast te leggen.Elke twee picoseconden tot 10 picoseconden is bereikt, of met een interval van drie millimeter om elke 20 picoseconden een afbeelding vast te leggen tot 480 picoseconden is bereikt. Herhaal dit proces meerdere keren voor reproduceerbaarheid en nauwkeurigheid. Verplaats als laatste stap de brandpuntslens naar een afstand van ongeveer 50 microns van het brandpunt en leg de beelden vast.Opnieuw worden de gemeten schaduwgrafiekbeelden getoond die het resultaat zijn van koperplasmanexpansie bij opeenvolgende vertragingstijden. Deze beelden komen overeen met het brandpunt dat zich iets boven en iets onder het targetoppervlak bevindt. Hier zijn de longitudinale en radiale expansieposities uitgezet voor wanneer het brandpunt zich iets boven en iets onder het targetoppervlak bevindt.De longitudinale expansies in deze twee gevallen verschillen significant in de eerste 100 picoseconden; in het eerste geval heeft het vroege plasma binnen 100 picoseconden een eendimensionale expansiestructuur bestaande uit meerdere lagen. Voor het tweede geval heeft het vroege plasma een tweedimensionale expansiestructuur die gedurende 100 picoseconden nauwelijks verandert. De longitudinale expansies in de daaropvolgende 400 picoseconden en de radiale expansies zijn echter vergelijkbaar. Hier wordt een simulatiemodel gebruikt om het mechanisme van de vroege plasma-evolutie te onderzoeken via de gesimuleerde elektronendichtheid wanneer het brandpunt zich net boven het targetoppervlak bevindt.Tijd nul wordt gedefinieerd als het moment waarop de piek van de laserpuls het targetoppervlak bereikt. Hetzelfde model wordt gebruikt om te onderzoeken wat er gebeurt wanneer het brandpunt zich iets onder het targetoppervlak bevindt. De gesimuleerde processen van de vroege plasma-evolutie komen goed overeen met de gemeten resultaten.In beide gevallen wordt de vorming van het vroege plasma binnen één picoseconde voorspeld; voor het eerste geval, gebruikmakend van het simulatiemodel, wordt vastgesteld dat het vroege plasma een luchtdoorbraakregio en een koperplasmaregio heeft. De luchtdoorbraak wordt in het tweede geval eerst veroorzaakt door multifotonionisatie, gevolgd door lawineionisatie. Echter bevindt het brandpunt zich onder het targetoppervlak en wordt er geen aparte luchtdoorbraakregio gevormd.In plaats daarvan vindt luchtionisatie plaats nabij het koperplasmafront, veroorzaakt door impactionisatie door de vrije elektronen die uit het kopertarget worden uitgestoten na de ontwikkeling ervan. Deze techniek heeft de weg vrijgemaakt voor onderzoekers in het vakgebied van short-pulse lasers om de vroege plasma-evolutie in het ablatieproces te onderzoeken. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe schaduwgrafie kan worden gebruikt voor het meten van plasma's.

investigation-early-plasma-evolution-induced-ultrashort-laser

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

LIBS opsporingsmogelijkheden op grond simulanten werden getest met behulp van een scala aan pulsenergieën en timing parameters. Kalibratiecurves werden gebruikt om detectie en gevoeligheden voor verschillende parameters bepalen. Algemeen de resultaten bleek dat er geen significante vermindering detectiemogelijkheden door minder pulsenergieën en niet-gated detectie.

Afhankelijkheid van Laser-geïnduceerde Breakdown Spectroscopy Resultaten op Pulse Energies en timing parameters met Bodem Simulants

Tijdopgeloste atomaire en moleculaire diatomische soorten worden gemeten met behulp van LIBS. De spectra worden verzameld op verschillende tijdvertragingen na generatie optische analyse plasma met Nd: YAG laser straling en geanalyseerd om elektronendichtheid en de temperatuur afleiden.

Meting en analyse van atomair waterstof en Diatomic Moleculaire AlO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, en TiO Spectra Following Laser-induced Optische Breakdown

De ontwikkeling van nieuwe ablatieve materialen en hun numerieke modellering vereist uitgebreid experimenteel onderzoek. Dit protocol beschrijft procedures voor de karakterisering van de materiaalrespons in plasmastromingen, waarbij de kerntechnieken niet-invasieve methoden zijn om de materiaalverkleining te volgen, samen met de chemie in de reactieve grenslaag door emissiespectroscopie.

Emissie spectroscopische Boundary Layer Investigation tijdens Ablatief materiaaltestreactoren in Plasmatron

Er werd een experimentele opstelling gecreëerd voor de helium-gestuurde kHz frequentieplasmastraal. De opstelling omvat een kooi voor de plasmavoeding en straal en een in eigen huis gebouwde reactor om plasma-geïnduceerde reactieve soorten te monitoren zonder de interferentie van de omgevingslucht.

Een atmosferische druk Plasma Setup om de reactieve species Formatie Onderzoek

We presenteren een protocol voor het creëren van een realtime film van een moleculair rotatiegolfpakket met behulp van een hoogwaardige Coulomb-explosie-beeldvormingsopstelling.

Direct Imaging van Laser-driven Ultrasnelle Moleculaire Rotation

In dit artikel wordt een vloeiende magnetronreactor beschreven die wordt gebruikt om efficiënte niet-evenwichtskemie te richten voor de toepassing van omzetting / activering van stabiele moleculen zoals CO 2 , N 2 en CH 4 . Het doel van de hier beschreven procedure is het meten van de in situ gastemperatuur en gasomzetting.

Niet-evenwicht Magnetron Plasma voor efficiënte hoge temperatuur chemie

Dit protocol beschrijft de belangrijkste stappen voor het uitvoeren en analyseren van pomp-sonde experimenten combineren een femtoseconde optische laser met een laser gratis-elektron om ultrasnelle photochemische reacties in de gasfase moleculen te bestuderen.

Een experimenteel Protocol voor femtoseconde NIR/UV - XUV pomp-Probe experimenten met gratis-elektron Lasers

Presenteren we een protocol voor indringende ultrasnelle vibrationele samenhangen in polyatomisch radicale caties die in moleculaire dissociatie resulteren.

Meting van de ultrasnelle vibrationele samenhangen in polyatomisch radicale caties met sterke-veld adiabatische ionisatie

Een protocol wordt gepresenteerd voor geautomatiseerde bestraling van dunne goudfolie met hoge intensiteit laserpulsen. Het protocol bevat een stapsgewijze beschrijving van het micromachining doelfabricageproces en een gedetailleerde handleiding voor hoe doelen in de focus van de laser worden gebracht met een snelheid van 0,2 Hz.

Geautomatiseerde levering van microfabriceerde doelen voor intense laser bestraling experimenten

Het belangrijkste doel van dit werk is om het voor onderzoeksgroepen die niet bekend zijn met Langmuir-sondes en emittieve sondes gemakkelijker te maken om ze te gebruiken als plasmadiagnostiek, vooral in de buurt van plasmagrenzen. We doen dit door te demonstreren hoe we de sondes kunnen bouwen van gemakkelijk verkrijgbare materialen en benodigdheden.

Bouw van langmuir-sondes en emitterende sondes voor plasmapotentiaalmetingen in plasma's met lage druk en lage temperatuur

De thermoplasmonische punctiemethode integreert confocale microscopie, optische pincetten en gouden nanodeeltjes om eiwitreacties te bestuderen tijdens plasmamembraanherstel in cellen en gigantische unilamellaire blaasjes. De techniek maakt een snelle en gelokaliseerde membraanpunctie mogelijk, waardoor de belangrijkste eiwitten en hun functionele rol in de ingewikkelde plasmamembraanreparatiemachines kunnen worden geïdentificeerd.

Een thermoplasmonische benadering voor het onderzoeken van plasmamembraanherstel in levende cellen en modelmembranen

Ontdek hoe vroege plasma-evolutie door ultrakorte laserpulsen wordt onderzocht met hoge temporele en ruimtelijke resolutie. Deze methode maakt gedetailleerde beeldvorming van plasmadynamica mogelijk.

Onderzoek naar vroege Plasma Evolution geïnduceerd door ultrakorte laserpulsen

Meer video's verkennen